Özet
Boya sanayi, kimya sektöründe önemli bir ekonomik büyüklüğe sahiptir. Boya sanayinin üretim bazında büyük bir kısmını inşaat boyaları oluşturmaktadır. Boya bilincinin artması, ısı yalıtım sistemine bağlı olarak boya tüketiminin artması ve görselliğin ön planda tutulması; boya çalışmalarını ve boya pazarındaki rekabeti artırmaktadır.
Bu çalışmada; inşaat sektöründe kullanılmak üzere, boyaya bambu-gomalak karışımı ve katkılar eklenerek, yüksek kalite göz önünde bulundurularak optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bambunun nem engelleyici, hava geçirgenliği ve antibakteriyel özelliğinin boya üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Gomalağın ise iyi bir homojenizasyon sağlama ve parlaklık özelliği dikkate alınarak boyanın fiziksel özelliği geliştirilmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak, hazırlanan boyanın özellikleri geliştirilerek inşaat sektörünün farklı alanlarında uygulanabileceği tespit edilmiştir.
1. Giriş
Türk boya sanayisinin, hammadde gereksinimleri açısından dışa bağımlılıkla başladığı ve sürdürmekte olduğu durumu, son yıllarda küreselleşme akımının etkisiyle beraber dış dünya ile çok yönlü bir bütünleşme biçimini alarak devam etmektedir [1]. Teknolojinin gelişmesi boya pazarını da etkisi altına almıştır.
Boya üreticileri boya kalitesini artırmak amacıyla hareket etmişlerdir. Artan taleple birlikte çevre dostu, kokusuz, toza ve suya dayanıklı boyalar üretilmeye başlanmıştır. Boya birçok sektörde başta dekoratif olmak üzere birçok amaçla kullanılmaktadır.
Günümüzde üretimde yüksek paya sahip olan inşaat sektöründe boya çok önemli bir yere sahiptir. İnşaat sektörü artan rekabetten dolayı tüm ürünlerinde yüksek performansı öncelikli tutmaktadır.
Gomalak, Hindistan, Tayland ve Myanmar’daki çeşitli ev sahibi ağaçlara parazit böcek Kerria lacca tarafından salgılanan doğal bir reçineli saflaştırılmış üründür. Parlak özellikler sunar, kimyasal reaksiyonlardan ve mekanik aşınmalardan korur. Gomalak, çevre dostu ve biyolojik olarak parçalanabilen bir polimerdir.
Gomalak, mükemmel film oluşturucu ve aside direnç özellikleri nedeniyle ilaçlarda da kullanılmaktadır [2,3]. Bambu, yapısal özellikleri, son zamanlarda önemli bir araştırma konusu olmuştur.
Bambu yüzyıllar boyunca insanların ilgisini çekmiştir ve bu konuda birçok yayın yapılmıştır. Güneydoğu Asya ve Japonya’nın her yerinde birincil inşaat malzemesi olarak kullanılmaktadır [4-6].
Bu çalışmada; inşaat sektöründe kullanılmak üzere, boyaya bambu, gomalak ve katkılar eklenerek, Taguchi metodu kullanılarak yapılan optimizasyon çalışmaları ve boya testleri sonucunda boyanın fiziksel özelliklerinin geliştirilebileceği sonucuna varılmıştır.
2. Deneysel Çalışma
Bir miktar su ile inceltilmiş belirlenen miktarda su bazlı boya içerisine %0-6 (ağ/ağ) arasında farklı özelliklere sahip katkılar ilave edilmiştir. Deney 16 çeşit boya içeren bir setten oluşmaktadır. Sette, ilave edilecek katkı maddelerinin miktarları, 4 parametre 4 seviye Taguchi Optimizasyon Metodu kullanılarak belirlenmiştir.
Set için; bambu, gomalak ve katkılar su bazlı Taguchi Optimizasyon Metodu kullanılarak belirlenmiştir. Set için; bambu, gomalak ve katkılar su bazlı boya üzerine kütlece farklı yüzdelerde ilave edilmiştir. Elde edilen karışımlar 1000 rpm’de 3 dakika boyunca karıştırılmıştır.
Taguchi metodu temel alınarak farklı oranlardaki katkı maddelerine göre hazırlanmış 16 farklı içerikte boya karışımı elde edilmiştir.
Elde edilen boyalar, çekme kalınlığı 200 μm olacak şekilde 10×10 cm2’lik özel hazırlanmış alüminyum plakalara aplikatör yardımı ile uygulanmış ve kurumaya bırakılmıştır. Hazırlanan boyalar ve kuruma sonrası plakalar Şekil 2.1’de gösterilmektedir.
Şekil 2.1 Hazırlanan boyalar ve kuruma sonrası plakalar
Plakalara uygulanmış boyaların yüzey özelliklerinin belirlenmesine yönelik yapılan analizlerden önce, optimum özelliklere sahip boyaları belirleyebilmek için Taguchi Optimizasyon Metodu’nda çıktı olarak kullanılması amacıyla boya karışımları için yapılan viskozite ölçümü, viskozimetre ile yapılmıştır.
Birbirinden farklı maddeler içeren 16 boya numunesinin viskozite ölçümü yapıldıktan sonra optimum olan numune belirlenmiştir.
3. Sonuçlar ve Tartışma
3.1. Taguchi Metodu Sonuçları
Bu çalışmada, Taguchi Metodu’nun çok sayıda deneysel durumu açıklamak için oluşturmuş olduğu farklı ortogonal dizinlerden L-16 ortogonal dizini kullanılmıştır. Bu dizinin kullanımına 4 parametrenin 4 farklı seviye için değerlendirilebileceği göz önüne alınarak karar verilmiştir.
Normalde tam faktöriyel yaklaşımına göre her bir deney seti için, 44=256 adet boya içeriği hazırlanması gerekirken, ortogonal dizinler yardımı ile bu sayı 16’ya düşürülmüştür.
Deneysel analiz için kullanılan L-16 ortogonal dizini ve analizde çıktı olarak kullanılmış olan viskozite değerleri ile bazı testlerin sonuçları Çizelge 3.1’de gösterilmiştir.
Çizelge 3.1’de parametreler sırasıyla, Gomalak, Katkı 1 (K1), Bambu ve Katkı 2 (K2) olarak belirlenmiştir. Ortogonal dizinde 1, 2, 3 ve 4 rakamları ile ifade edilen değerler deneysel parametrelerin seviyelerini göstermekte ve kütlece %0-6 aralığında değişmektedir.
Taguchi optimizasyon metodu kullanılarak Minitab programı ile yapılmış olan analizde, deney setlerindeki optimum özelliklere sahip boya karışımları belirlenirken viskozite ölçüm değerlerinden faydalanılmıştır.
Boyaların yüzeye uygulanabilirliği ve akışkanlığı göz önüne alınarak “en normal en iyi” karakteristiği kullanılmış, ortalama değerler grafiği ve Şekil 3.1’de gösterilen S/G (sinyal/ gürültü) analizi grafiği elde edilmiştir.
Şekil 3.1 S/G (sinyal/gürültü) analizi
‘’En normal en iyi’’ karakteristiğine göre yapılan analizde her bir parametrenin hangi seviyede en küçük değere ulaştığına bakılmıştır. Buradan yola çıkarak deney seti için 15 numaralı boyanın optimum özelliklere sahip olduğu belirlenmiştir.
3.2. Temas Açısı Analiz Sonuçları
Son yıllarda, süperhidrofobik yüzey çalışmalarında, kendi kendini temizleyen, nano-akışkanlar ve elektro-kaplama gibi potansiyel uygulamalarından dolayı artan bir ilgi vardır. Islanabilirlik çalışmaları genellikle, bir katı ve sıvı etkileşime girdiğinde ıslanma derecesini gösteren birincil veriler olarak temas açılarının ölçümünü içerir.
Küçük temas açıları (<90°), yüksek ıslatılabilirliğe karşılık gelirken, büyük temas açıları (> 90°) düşük ıslanabilirliğe karşılık gelir [7].
Temas açısı analizi sonucunda; su bazlı boyanın ortalama hidrofobisite değeri 53,12°’den 105,87°’ye yükselmiştir (Şekil 3.2). Bu sayede, bambunun hidrofobisite özelliğini artırdığı ölçüm sonuçları ile kanıtlanmıştır.
Şekil 3.2 Özellikleri geliştirilen boyanın temas açısı ölçüm sonucu
3.3 SEM Sonuçları
Boyaların morfolojik ve yapısal özellikleri ise SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizi ile incelenmiştir. SEM analizinde, örnekler
10.000 kez büyütülmüş ve yüzey özelliklerindeki farklılıklar incelenerek literatürle karşılaştırılmıştır [8].
SEM analiz sonuçları karşılaştırıldığında, katkı maddeli su bazlı boyanın, referans boyaya göre çok iyi bir yüzey ve homojen bir görünüme sahip olduğu gözlenmiştir. Eklenen katkı maddelerinin nem geçirgenliğini azalttığı ve su bazlı boyanın özelliklerini iyileştirdiği gözlemlenmiştir (Şekil 3.3).
Şekil 3.3 SEM analizi sonuçları: (a) Referans boya,
(b) Optimum boya
4.Sonuç
Bu çalışmada, Taguchi Metodu ile belirlenen optimum ve referans boyalara uygulanan analizler sonucunda, su bazlı boyanın hidrofobisite özelliğinin geliştiği gözlenmiştir.
Ayrıca, su bazlı boyanın yüzeyi kaplama ve yapışma özelliklerinin geliştirildiği, SEM fotoğraflarından görülmüştür. Özellikleri geliştirilen bu boyanın inşaat sektöründe değerlendirilebileceği düşünülmektedir.
Doç. Dr. Nil Acaralı
Kimya Mühendisliği Bölümü
Yıldız Teknik Üniversitesi
Kimya Müh. Sibel Demir
Kimya Mühendisliği Bölümü
Yıldız Teknik Üniversitesi
Kaynaklar
[1] Tunçgenç M., (2015), Türk Boya Sanayisi, İzmir.
[2] Farag Y. ve Leopold C. S., (2009), Physicochemical Properties of Various Shellac Types, Dissolution Technologies, dx.doi.org/
10.14227/DT160209P33.
[3] Coelho C., Nanabala R., Ménager M. ve Commereuc S., (2012), Molecular Changes During Natural Biopolymer Ageing-The
Case of Shellac, Polymer Degradation and Stability, 97, 936-940.
[4] Arce O. A., (1993), Fundamentals of the Design of Bamboo Structures, Thesis, Technical University Eindhoven, DOI: 10.6100/
IR402687.
[5] Janssen J. J. A., (2000), Designing and Building with Bamboo, Technical Report, No:20, Technical University of Eindhoven
Eindhoven, The Netherlands.
[6] Bystriakova N., Kapos V. ve Lysenko I., (2004), Bamboo Biodiversity, Citation: UNEP-WCMC/INBAR.
[7] Yuan, Y. ve Lee, T.R. (2013), Contact Angle and Wetting Properties. In: Bracco, G. and Holst, B., Eds., Surface Science
Techniques Springer Series, Surface Sciences, Vol:51, Springer Berlin Heidelberg, Berlin and Heidelberg, 3-34, DOI 10.1007/
978-3-642-34243-1_1.
[8] Kapakin K. A., (2006), Scanning- Elektron Mikroskobu, YYÜ Vet. Fak. Derg, 17(1-2):55-58.
